熱處理緊固件表面與芯部硬度關(guān)系論文
液壓設(shè)備的整個(gè)系統(tǒng)中會(huì)采用大量的緊固件進(jìn)行裝配和緊固，由于液壓設(shè)備系統(tǒng)屬于動(dòng)態(tài)設(shè)備，對(duì)安全性的要求會(huì)比較高，在緊固件的選用中也會(huì)大量采用高強(qiáng)度的產(chǎn)品，高強(qiáng)度緊固件由于需要進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)，如果生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)緊固件產(chǎn)品產(chǎn)生非常大的影響，因此在安裝前會(huì)對(duì)緊固件進(jìn)行抽樣檢測(cè)。行業(yè)中，最普遍、最重要的機(jī)械性能檢測(cè)方法之一就是硬度試驗(yàn)，常規(guī)的硬度檢測(cè)方法包括洛氏硬度、維氏硬度和布氏硬度。而維氏硬度除了用于考核緊固件的硬度指標(biāo)之外，還可以考核緊固件的脫碳和增碳。由于在GB/T3098.1-2010 的有關(guān)螺栓、螺釘和螺柱的機(jī)械和物理性能的中有“緊固件的表面硬度不應(yīng)比芯部硬度高出30 HV單位”的注釋?zhuān)虼耍o固件的檢驗(yàn)人員經(jīng)常會(huì)做出這樣的檢測(cè)結(jié)論：“芯表硬度差異超過(guò)30 HV，不合格”。本文針對(duì)這一判定結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望能夠給從事檢驗(yàn)的人員予一定的.啟示。
1、試驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1.1常規(guī)硬度試驗(yàn)?zāi)康?/p>
常規(guī)硬度試驗(yàn)根據(jù)GB/T 3098.1-2010 中9.9.1 條款的規(guī)定，對(duì)不能實(shí)施拉力實(shí)驗(yàn)的緊固件：測(cè)定緊固件的硬度;對(duì)能實(shí)施拉力試驗(yàn)的緊固件：測(cè)定緊固件的最高硬度。即公稱(chēng)長(zhǎng)度l<2.5 d(d 為公稱(chēng)直徑)的產(chǎn)品，因無(wú)法進(jìn)行拉力試驗(yàn)，需要考核它的最高和最低硬度，對(duì)于可以進(jìn)行拉力試驗(yàn)的產(chǎn)品，由拉力試驗(yàn)考核性能下限，硬度考核性能上限。因此，在GB/T3098.1-2010中的只規(guī)定了最小拉力載荷，并沒(méi)有規(guī)定拉力上限(有部分產(chǎn)品規(guī)定了拉力上限，如GB/T 1228 和ASTM A490 等鋼結(jié)構(gòu)緊固件都規(guī)定了拉力載荷的上限和下限，本文只針對(duì)滿足GB/T3098.1-2010標(biāo)準(zhǔn)要求的常規(guī)緊固件產(chǎn)品。)
1.2小力值維氏硬度試驗(yàn)?zāi)康?/p>
因?yàn)楦鶕?jù)GB/T 3098.1-2010 的規(guī)定，緊固件的硬度測(cè)試的仲裁采用維氏硬度(F ≥ 9 8 N)，即硬度的仲裁應(yīng)采用HV10 或以上的維氏硬度方法，而碳勢(shì)評(píng)定(脫碳和增碳)應(yīng)采用HV0.3。使用小負(fù)荷維氏硬度進(jìn)行硬度試驗(yàn)，是基于硬度值的變化和含碳量有直接的關(guān)系，在同一組織狀態(tài)下，含碳量的減少會(huì)導(dǎo)致硬度值的下降，根據(jù)硬度值的分布梯度來(lái)測(cè)定增、脫碳的深度。
1.2.1脫碳試驗(yàn)
通常把黑色金屬材料(鋼)表面含碳量降低的現(xiàn)象稱(chēng)為脫碳。表面硬度和芯部硬度的差值是用來(lái)控制熱處理工藝質(zhì)量(表面脫碳或滲碳)，本身并不反映緊固件的整體機(jī)械性能，因此，只有經(jīng)過(guò)熱處理的8.8級(jí)以上的緊固件才需要檢測(cè)脫碳。造成表面脫碳主要是因?yàn)樵牧贤嘶鸹蛟谡{(diào)質(zhì)處理過(guò)程中，爐內(nèi)保護(hù)氣體的碳勢(shì)控制不當(dāng)造成的。表面脫碳有可能導(dǎo)致緊固件螺紋強(qiáng)度降低甚至在安裝使用中產(chǎn)生脫扣，造成失效。所以，在線材退火、緊固件熱處理之后分別進(jìn)行脫碳檢測(cè)，是非常有必要的。因?yàn)槊撎际潜砻嫣嫉膿p耗，因此是可逆的，可以進(jìn)行返工。
如緊固件性能等級(jí)在8.8 級(jí)以上、螺距p ≥1.25mm，則可進(jìn)行硬度法測(cè)試脫碳。測(cè)試第2 點(diǎn)和第1 點(diǎn)的硬度應(yīng)在同一牙上進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖3)。第2點(diǎn)的維氏硬度值HV(2)應(yīng)等于或大于第1 點(diǎn)維氏硬度HV(1)減去30 個(gè)維氏單位，螺紋未脫碳層的高度E 應(yīng)符合表2規(guī)定的技術(shù)要求。
1.2.2增碳試驗(yàn)
基體金屬表面碳含量的增加被稱(chēng)為增碳�！熬o固件的表面硬度不應(yīng)比芯部硬度高出30 HV單位”，這是GB/T 3098.1-2010 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)8.8 級(jí)以上(含8.8 級(jí))的緊固件產(chǎn)品規(guī)定的最高表面硬度。同時(shí)對(duì)10.9 級(jí)和12.9 級(jí)緊固件的最高表面硬度明確規(guī)定為390 HV和435 HV。與脫碳試驗(yàn)相類(lèi)似，最高表面硬度是用來(lái)控制熱處理質(zhì)量(表面脫碳或增碳)，本身并不反映緊固件的整體機(jī)械性能，因此，只有經(jīng)過(guò)熱處理的8.8級(jí)以上的緊固件才需要檢測(cè)增碳。造成表面增碳的原因是因?yàn)樵跓崽幚磉^(guò)程中，熱處理爐內(nèi)保護(hù)氣體的碳勢(shì)控制不當(dāng)或因?qū)σ衙撎籍a(chǎn)品的表面進(jìn)行復(fù)碳時(shí)人為調(diào)高碳勢(shì)造成表面增碳。過(guò)高的含碳量會(huì)使螺紋表面硬度增加，導(dǎo)致緊固件的脆性或降低疲勞強(qiáng)度，因此，在緊固件熱處理完成后，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行增碳試驗(yàn)測(cè)試。
2、試驗(yàn)方法
2.1常規(guī)硬度試驗(yàn)方法
GB/T3098.1-2010 標(biāo)準(zhǔn)9.9.4.3規(guī)定：在表面測(cè)定硬度，應(yīng)去除表面鍍層或涂層，并對(duì)試件適當(dāng)處理后，在頭部平面、螺紋末端或無(wú)螺紋桿部測(cè)定硬度。如表面硬度超出最高硬度要求，則應(yīng)在距螺紋末端1 倍螺紋直徑處取一截面，并應(yīng)經(jīng)適當(dāng)處理。在1/2 半徑與軸心線間的區(qū)域內(nèi)測(cè)定硬度，硬度值不得超過(guò)最高硬度要求。如有爭(zhēng)議，使用維氏硬度進(jìn)行仲裁測(cè)試。常規(guī)硬度試驗(yàn)方法中并未規(guī)定表面硬度和芯部硬度之間的差值。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)熱處理緊固件，在1/2半徑區(qū)域內(nèi)測(cè)定的硬度值之差，若不大于30HV，則證實(shí)材料中馬氏體已達(dá)到90%的要求。
2.2小力值維氏硬度試驗(yàn)方法
2.2.1脫碳試驗(yàn)方法
GB/T 3098.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：應(yīng)從完成全部熱處理工序，并應(yīng)去除鍍層或其他涂層后的緊固件上制取試樣。在距螺紋末端約一個(gè)公稱(chēng)直徑(1d )、沿螺紋軸心線截取一縱向截面的試件，試件應(yīng)嵌入塑料中或安裝在夾具中。安裝后，對(duì)表面進(jìn)行研磨和拋光，直至可進(jìn)行金相檢查。
2.2.2增碳試驗(yàn)方法
GB/T 3098.1-2010 規(guī)定，可以采用以下方法之一進(jìn)行增碳試驗(yàn)：
1)在縱向截面上測(cè)定硬度;
2)在表面測(cè)定硬度，如有爭(zhēng)議，以及當(dāng)p ≥1.25mm時(shí)，按緊固件縱向截面硬度試驗(yàn)為仲裁試驗(yàn)。
3、結(jié)語(yǔ)
基于以上分析，可判定“緊固件的表面硬度不應(yīng)比芯部硬度高出30 HV單位”是用來(lái)檢測(cè)熱處理緊固件表面是否增碳，而不是檢測(cè)緊固件機(jī)械性能的指標(biāo)，在緊固件維氏硬度檢測(cè)中，應(yīng)當(dāng)將HV10 或以上(用于檢測(cè)緊固件硬度的方法)和HV0.3(用于檢測(cè)緊固件脫碳、增碳的方法)區(qū)分開(kāi)來(lái)，用芯部硬度(HV10檢測(cè))的數(shù)值與表面硬度(HV0.3 檢測(cè))的數(shù)值相比較，得出一個(gè)芯表差異超過(guò)30 HV，然后判定該樣品不合格是不正確的;只有使用HV0.3 同時(shí)測(cè)定表面硬度和芯部硬度時(shí)，測(cè)得緊固件的表面硬度和芯部硬度的差值超過(guò)30 HV，然后判定不合格，才是正確的。由于液壓設(shè)備對(duì)配件質(zhì)量的要求比較高，在液壓設(shè)備緊固件質(zhì)量的驗(yàn)收中，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)每一個(gè)考核指標(biāo)，都要采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)方法，得出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)結(jié)論，否則很有可能造成誤判或不規(guī)范判定。緊固件的質(zhì)量對(duì)于液壓設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中的安全性而言，可能是決定性的。因此，緊固件的規(guī)范性檢測(cè)是相當(dāng)重要的。
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